Газовые турбины дополнительно можно разделить следующим образом.

1. По массе и габаритам:

- легкие;

- тяжелые.

 

2. По параметрам рабочего тела:

- турбины с неохлаждаемыми лопатками;

- высокотемпературные.

3. По режиму работы:

- всережимные используемые на всех режимах работы ГЭУ;

- маршевые используемые на экономических ходах в целях обеспечения установленной дальности плавания;

- ускорительные (форсажные) (ГТД полного хода), предназначенные для обеспечения хода от экономического до полного.

 

4. По блокированию турбин и компрессоров:

- с блокированными турбинами и компрессорами;

- со свободной пропульсивной турбиной (турбиной винта);

(в судовых ГТД максимально используемое число компрессоров – 2, максимально используемое число турбин – 3);

Судовые газотурбинные установки

 

Газотурбинной энергетической установкой (ГТУ) называется комплекс технических средств, предназначенный для преобразования кинетической и тепловой энергии горячего газа в механическую энергию вращения ротора.

Для газотурбинной установки характерны следующие термодинамические процессы:

- сжатие рабочего тела в компрессоре;

- подогрев рабочего тела теплотой, получаемой из внешнего источника;

- преобразование энергии рабочего тела при его расширении в газовой турбине в кинетическую энергию струи газа с последующим преобразованием в ее механическую работу и передача механической работы потребителю;

- охлаждение рабочего тела до состояния, соответствующего входу в компрессор.

Особенностями рабочего процесса в газотурбинном двигателе является непрерывное вращение рабочих лопаток и разгон потока рабочего тела до больших скоростей.

СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ ГТД

 

Газотурбинные двигатели в зависимости от назначения выполняются по различным схемам. Если цикл характеризует термодинамические особенности ГТД, то схема — тепломеханические связи между основными элементами двигателя. ГТД одного и того же цикла могут выполняться по различным схемам. Определяющими при выборе схемы являются надежность и экономичность ГТД, особенно на режимах частичных нагрузок.

На рис. 6.7 представлены некоторые схемы, получившие применение на флоте.

 

Блокированная схема 1 конструктивно наиболее проста. Ее характерной особенностью является зависимость частоты вращения компрессора от характеристики движителя. Схема отличается снижением КПД двигателя на частичных нагрузках при любом способе регулирования.

При запусках и работе на частичных режимах блокированная схема требует уменьшения нагрузки, что вызывает необходимость применения электропередачи, гидропередачи или винта регулируемого шага (ВРШ).

Подобные двигатели применяют в установках, работающих в основном на номинальных нагрузках.

Рис. 6.7. Структурные схемы газотурбинных двигателей

Простой цикл: 1 — блокированный привод винта и компрессора; 2 — свободная силовая турбина; 3 — два турбокомпрессора и свободная силовая турбина. Цикл с регенерацией: 4 — свободная силовая турбина. Цикл с регенерацией и промежуточным охлаждением: 5 — блокированный привод винта и КНД

 

Схема 2со свободной силовой турбиной также отличается простотой компоновки, хорошими пусковыми характеристиками и примерно таким же падением КПД на частичных нагрузках, как и предыдущая. Используется в установках, также работающих в основном на номинальном режиме.

Схема 3 с двумя компрессорами и независимой силовой турбиной позволяет получить требуемое сжатие воздуха при большой начальной температуре газа и обеспечить работу каждого компрессора в оптимальных условиях. Экономичность такого ГТД на частичных нагрузках снижается несколько меньше чем в предыдущих схемах. Установка обоих компрессоров в одном корпусе, а также размещение в общем корпусе всех трех турбин позволяют получить весьма компактный двигатель. Подобная схема находит применение в корабельных установках.

Следует отметить, что большинство двигателей простого цикла конвертированы в судовые из авиационных. В качестве примера можно привести ГТД LM-2500, LM-1500 («Дженерал электрик», США), FT4A («Пратт Уитни», США), «Олимп» и «Гном» («Роллс-Ройс», Англия) и др.

 

Схема 4 с регенерацией и свободной силовой турбиной Т2 обладает более высоким КПД, чем у ГТД простого цикла. Применение регенерации несколько уменьшает также падение КПД двигателя на частичных нагрузках.

 

Схема 5 с регенерацией и промежуточным охлаждением имеет блокированный привод винта и компрессора низкого давления. Последнее обусловливает необходимость применения ВРШ. Усложнение схемы приводит к возрастанию гидравлических потерь, что снижает эффективность регенерации и промежуточного охлаждения.